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公開番号2025002827
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023103190
出願日2023-06-23
発明の名称非水電解質二次電池および電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H01M 4/13 20100101AFI20241226BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】SOCの推定精度を改善すること。
【解決手段】非水電解質二次電池は、正極、負極および電解質を含む。正極および負極の少なくとも一方は、二相共存型活物質を含む。二相共存型活物質は、2種以上の粒子群を含む。単極試験において、各粒子群の放電曲線は、電位平坦部を有する。各粒子群は、電位平坦部における電位が実質的に等しい。各粒子群は、電位平坦部に対応する比容量が互いに異なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極、負極および電解質を含み、
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、二相共存型活物質を含み、
前記二相共存型活物質は、２種以上の粒子群を含み、
単極試験において、各前記粒子群の放電曲線は、電位平坦部を有し、
各前記粒子群は、前記電位平坦部における電位が実質的に等しく、かつ、
各前記粒子群は、前記電位平坦部に対応する比容量が互いに異なる、
非水電解質二次電池。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
前記二相共存型活物質は、一般式：
Ｌｉ
x
Ｆｅ
y
Ｍ
z
ＰＯ
4
の組成を有し、
前記一般式中、Ｍは、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、および、Ｚｒからなる群より選択される少なくとも１種であり、かつ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１の関係が満たされる、
請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
全種の前記粒子群のうち、前記比容量が最大である前記粒子群は、全種の前記粒子群の合計に対して、５０から９０％の質量分率を有する、
請求項１または請求項２に記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】
前記非水電解質二次電池の放電曲線は、２以上の電圧平坦部を有し、
前記電圧平坦部の数は、前記粒子群の種類の数に等しく、
各前記電圧平坦部同士の間に段差があり、かつ
前記段差は、過電圧の増加を示す、
請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項４に記載の非水電解質二次電池、および
制御装置を含み、
前記制御装置は、ＳＯＣ推定を実行するように構成されており、
前記ＳＯＣ推定は、
（ａ）前記非水電解質二次電池に流れた電流の合計量から、現在のＳＯＣを推定した第１推定値を算出すること、
（ｂ）前記第１推定値および各前記粒子群の前記比容量から、前記過電圧が増加するべきＳＯＣを推定した第２推定値を算出すること、
（ｃ）前記過電圧の増加を検出することにより、実際に前記過電圧が増加した時のＳＯＣの実測値を取得すること、
（ｄ）前記第２推定値が前記実測値に比して大きい時、前記第１推定値に補正値を加算することにより、第３推定値を算出すること、および
（ｅ）前記第２推定値が前記実測値以下である時、前記第１推定値から前記補正値を減算することにより、前記第３推定値を算出すること、
を含む、
電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、非水電解質二次電池および電池システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０１０－０２７４０９号公報（特許文献１）は、二相共存型活物質を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－０２７４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二相共存型活物質を含む非水電解質二次電池（以下「電池」と略記され得る。）が開発されている。二相共存型活物質においては、二相共存反応（「二相分離反応」とも記される。）により、放電が進行する。二相共存型活物質の放電曲線においては、電位平坦部（プラトー）の平坦性が非常に高い傾向がある。電池の電圧変化が小さいため、終始安定した出力が期待される。ただし、電圧変化は、電池のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を推定するための情報として使用され得る。電圧変化が小さいため、ＳＯＣの推定が難しくなる可能性がある。
【０００５】
ＳＯＣの推定精度を高めるため、例えば、複数種の二相共存型活物質を混合することが提案されている（特許文献１参照）。複数種の二相共存型活物質は、互いに異なるイオン拡散係数を有する。すなわち、複数種の二相共存型活物質は、反応性が互いに異なる。反応性の違いにより、放電曲線に段差が現れる。段差の位置により、ＳＯＣが推定され得る。しかしながら、充放電レートの大小により、段差の位置が大きく変化する可能性がある。ＳＯＣの推定精度に改善の余地がある。
【０００６】
本開示の目的は、ＳＯＣの推定精度を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１．非水電解質二次電池は、正極、負極および電解質を含む。正極および負極の少なくとも一方は、二相共存型活物質を含む。二相共存型活物質は、２種以上の粒子群を含む。単極試験において、各粒子群の放電曲線は、電位平坦部を有する。各粒子群は、電位平坦部における電位が実質的に等しい。各粒子群は、電位平坦部に対応する比容量が互いに異なる。
【０００８】
以下「電位平坦部における電位」は「プラトー電位」とも記される。「電位平坦部に対応する比容量」は「プラトー容量」とも記される。２種以上の粒子群は、それぞれ、二相共存型活物質である。２種以上の粒子群は、実質的に等しいプラトー電位を有する。２種以上の粒子群は、互いに異なるプラトー容量を有する。
【０００９】
図１は、段差の発生原理を示す第１概略図である。図１の横軸は、ＳＯＣである。ＳＯＣは、０から１００％までの値を取る。横軸を右に行く程、ＳＯＣは小さくなる。図１の縦軸は、反応電位である。一例として、３種の粒子群の組み合わせが説明される。第１活物質は、第１プラトー電位Ｐ
1
を有する。第２活物質は、第２プラトー電位Ｐ
2
を有する。第３活物質は、第３プラトー電位Ｐ
3
を有する。「Ｐ
0
＝Ｐ
1
＝Ｐ
2
＝Ｐ
3
」の関係が満たされる。第１活物質は、第１プラトー容量Ｃ
1
を有する。第２活物質は、第２プラトー容量Ｃ
2
を有する。第３活物質は、第３プラトー容量Ｃ
3
を有する。「Ｃ
3
＜Ｃ
2
＜Ｃ
1
」の関係が満たされる。図１においては、一例として「Ｃ
2
／Ｃ
1
＝０．８（８０％）」および「Ｃ
3
／Ｃ
1
＝０．５（５０％）」の関係が満たされる。
【００１０】
図２は、段差の発生原理を示す第２概略図である。放電の進行により、ＳＯＣが減少する。ＳＯＣの減少により、第３活物質は、最初に完全放電状態になる。第３活物質が完全放電状態に達することにより、第３活物質がキャリアイオンを受け入れなくなる。そのため、第２活物質および第１活物質へのキャリアイオンの分配量が増加すると考えられる。分配量の増加は、実質的なレートの上昇である。負荷の上昇により、過電圧の増加ΔＶ
1
が発生する。過電圧の増加により、反応電位が卑な方向にシフトすると考えられる。その結果、第３プラトー容量Ｃ
3
に対応する位置に第１段差Ｓ
1
が形成され得る。さらに放電が進行することにより、第２活物質が完全放電状態になる。過電圧の増加ΔＶ
2
が発生する。第２プラトー容量Ｃ
2
に対応する位置に第２段差Ｓ
2
が形成され得る。各段差の位置は、ＳＯＣ推定を補助する情報となり得る。プラトー容量の差による段差の位置は、充放電レートに依存し難いと考えられる。したがって、ＳＯＣの推定精度の改善が期待される。
（【００１１】以降は省略されています）

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